Методы измерения плотности

метки: Плотность, Вещество, Жидкость, Измерение, Прибор, Шкала, Масса, Воздух

В данном курсовом проекте будут рассмотрены основные сведения о понятии плотности, об измерении плотности, методы и приборы, измеряющие плотность, их устройство, принцип действия, технические данные.

Производственный контроль плотности веществ актуален для многих производств.

1 Плотность, относительная плотность

Плотностью однородного вещества называется физическая величина, определяемая массой вещества в единице объема. Из формулы определения плотности

(1.1)

видно, что размерность плотности [?] можно выразить следующим образом:

[?] = ML ^-3 , (1.2)

где М – размерность массы;

• L – размерность длины.

Единицей плотности в СИ является кг/м ³ , в СГС системе единиц – г/см³

В некоторых отраслях науки и техники в качестве характеристики вещества применяют относительную плотность, которая представляет собой отношение плотности рассматриваемого вещества к плотности другого (условного) вещества при определенных физических условиях. Следовательно, эта величина является безразмерной.

В качестве условного вещества для определения плотности жидких и твердых веществ обычно принимают дистиллированную воду.

Относительную плотность газов обычно выражают по отношению к сухому воздуху или водороду.

Относительную плотность можно также рассматривать как отношение массы данного вещества к массе условного вещества, взятого в том же объеме при определенных условиях.

Относительную плотность обозначают буквой ? с двумя дополнительными индексами (вверху и внизу).

Верхнее число показывает температуру, при которой определена плотность исследуемого вещества, нижнее – температуру воды, к плотности которой отнесена плотность данного вещества. Например, означает, что плотность вещества, измеренная при 20°С, отнесена к плотности воды при 15°С.

Разумеется, относительная плотность одного и того же вещества имеет различные числовые значения в зависимости от того, при какой температуре плотность воды принята за условную единицу.

На рисунке 2.9 приведены примеры отсчета показаний ареометров с учетом указанных выше правил округления.

Научная работа: Создание научных основ обеззараживания и очистки ...

... основ очистки воды на основе нанотехнологии с использованием электроактивационного метода и разработанные рекомендации по оптимизации технологических процессов очистки, путем установления физико-технических параметров метода и свойств питьевой воды. В результате ...

При измерении плотности одновременно определяют температуру жидкости, пользуясь термометром, встроенным в ареометр, или отдельным термометром с погрешностью показаний не более ±0,5°С. Для получения более точных результатов измерения, в особенности при работе с ареометрами, имеющими цену деления шкалы не более 0,001 г/см³ или 0,2% рекомендуется применять лабораторные термометры с ценой целения шкалы 0,1 или 0,2°С, погрешность показаний которых не превышает ±0,2°С.

Когда диаметр цилиндра мал и не допускает совместного погружения ареометра и термометра, температуру жидкости измеряют до и после погружения ареометра, принимая в расчет среднее из двух показаний термометра.

После употребления ареометр и термометр необходимо тщательно промыть в воде или в бензине (в зависимости от свойств испытуемой жидкости), насухо вытереть чистым полотенцем и уложить в футляры. Таким же образом промывают цилиндр и мешалку. Спиртомеры и применяемые с ними термометры по окончании измерений только протирают полотенцем.

Так как в большинстве случаев температура исследуемой жидкости отличается от нормальной температуры ареометра, в показание прибора следует вводить поправку на температуру по формуле (2.13).

Разность температур, начиная с которой практически целесообразно учитывать поправку, определяют для каждого конкретного случая в зависимости от соотношения между измеряемой плотностью, погрешностью показаний ареометра и значением поправки. Так, для нефтеденсиметров с ценой деления шкалы 0,0005 г/см³ поправку целесообразно вводить при разности температур примерно 15°С и более.

а – нефтеденсиметр, отсчет по верхнему краю мениска 0,7400+3·0,0005+0,5·0,0005=0, 74175;

б – денсиметр типа IIа, отсчет по нижнему краю мениска

1,520+4·0,001–0,5·0,001 = 1,5235;

• в – сахаромер типа В, отсчет по верхнему краю мениска 5+3·0,2+0=5.6;

г – спиртомер типа А, отсчет по нижнему краю мениска 16–4·0,1 + 1·0,1 = 15,7

Рисунок 2.9 – Примеры отсчета показаний рабочих ареометров (стрелка указывает направление возрастания числа на шкале)

Температурную поправку к показаниям клеемера определяют по специальной шкале, расположенной в верхней части стержня и охватывающей пределы от –7,5 до +2% по массе.

При применении денсиметра плотность жидкости по его шкале определяют для той температуры, которую имеет в данный момент жидкость.

3 Гидростатическое взвешивание

3.1 Определение плотности твердого тела

Для определения плотности твердое тело взвешивают сначала в воздухе, а затем в жидкости, плотность которой известна, и по полученным результатам измерения подсчитывают искомую плотность.

Введем следующие обозначения:

m – масса тела, плотность которого определяют;

v _t – его объем при температуре t;

v _t1 – то же, при температуре t₁ ,

m ₁ – масса гирь, уравновешивающих тело в воздухе;

v ₁ – объем этих гирь;

m ₂ – масса гирь, уравновешивающих тело в жидкости;

v ₂ – объем этих гирь;

Измерение динамической вязкости жидкостей и газов

... вязкостью, равной динами­ческой вязкости жидкости, деленной на плотность жидкости . временем «оседлой жизни» молекулы. «оседлой жизни» 1.2. Движение твердого тела в жидкости ... Важно также помнить, что вязкость газов в большой степени зависит от их температуры, что также предусмотрено в ... выталкивающую силу можно определить через объем шарика, плотность r шарика и плотность r 0 жидкости: F Т =4 p r3 ...

• коэффициент объемного теплового расширения тела;

– плотность жидкости, в которую погружается тело, при температуре t ;

– искомая плотность тела при температуре t ;

D – средняя плотность воздуха во время взвешивания тела в воздухе и в жидкости;

D _m – плотность материала, из которого изготовлены гири;

• g – местное ускорение свободного падения.

Учитывая действие выталкивающих сил, приложенных к телу и к гирям, уравнения равновесия весов при взвешивании тела сначала в воздухе при температуре t ₁ , а затем в жидкости при температуре t можно записать в следующем виде:

. (3.1)

Заменяя v _l и v₂ соответственно на и и учитывая, что

v _t1 = v_t [1 + (t₁ –t), получим

. (3.2)

Вычтем из первого уравнения (3.2) второе и пренебрежем членом, содержащим произведение D ?_T (ввиду его малости), тогда

,

откуда объем тела при температуре t

• (3.3)

Из первого уравнения (3.2), отбрасывая малое слагаемое v _t D ?_T (t ₁ –t ), найдем выражение для определения массы тела

• (3.4)

Искомая плотность тела при температуре t определится делением массы на объем при той же температуре. Разделив уравнение (3.4) на (3.3), получим

• (3.5)

Из формулы (3.5) видно, что для определения плотности тела при заданной температуре необходимо, чтобы жидкость, в которой проводится взвешивание, имела указанную температуру.

При весьма точных измерениях плотность воздуха, входящую в выражения (3.3)–(3.5), определяют по формуле

г/см ³ , (3.6)

где t – температура воздуха, °С;

P – барометрическое давление, мм рт. ст.;

h – упругость водяных паров, содержащихся в воздухе, мм рт. ст. (определяется при помощи психрометра).

Обычно оказывается достаточным принимать плотность воздуха равной 0,0012 г/см ³ .

В качестве жидкости, в которой взвешивают тело, используется дистиллированная вода, плотность которой хорошо изучена.

3.2 Определение плотности жидкости

Для определения плотности жидкости данным методом в этой жидкости взвешивают какое-либо тело, масса и объем которого известны. Обычно в качестве такого тела используют цилиндрический стеклянный поплавок, снабженный вверху крючком (петлей) для подвешивания к проволоке, соединенной с чашкой весов. Поплавок изготовляют из термометрического стекла с известным коэффициентом теплового расширения. Внутри поплавка, в нижней части, помещен балласт.